Modele klimatu

Do symulacji systemu klimatycznego używa się obecnie modeli ogólnej cyrkulacji atmosfery i oceanu. Są one oparte na podstawowych prawach fizyki. Ewolucję układu opisują równania hydrodynamiki i termodynamiki. Modele zawierają moduły oddziaływania z różnymi rodzajami podłoża jak również moduły przemian chemicznych. Równania opisują zmiany w czasie zmiennych w przestrzeni trójwymiarowej. Do rozwiązania tych skomplikowanych układów równań różniczkowych stosuje się przybliżone metody numeryczne, głównie dwie grupy metod: różnice skończone i podejście spektralne.

Istotne zagadnienie stanowią skale przestrzenne związane z rozdzielczością poziomą i pionową modeli. Modele globalne opisują zachowanie się układu w skali kuli ziemskiej, mogą obecnie pracować w siatkach poziomych o oczkach około 100 km. Rysunek przedstawia, jak zmieniały się poziome rozdzielczości przestrzenne w globalnych modelach klimatu używanych przy kolejnych raportach IPCC (FAR 1990, SAR 1995, TAR 2001, AR4 2007). Warto zwrócić uwagę na stopień uszczegółowienia terenu uwzględnionego przez modele.

Rozdzielczość przestrzenna modeli globalnych jest niewystarczająca w oszacowaniach wpływu zmian klimatu na środowisko i dlatego ważne jest przejście do skal mniejszych (ang. downscaling). Wykorzystuje się tu dwa podejścia: statystyczne i dynamiczne oparte na zagnieżdżaniu modeli regionalnych w różny sposób w modelach ogólnej cyrkulacji.

Modele klimatyczne są bardzo kosztowne - wymagają komputerów dużej mocy. Związane jest to szczególnie z koniecznością wykonywania długich obliczeń. W ostatnich dziesięcioleciach dzięki szybkiemu rozwojowi w dziedzinie komputerów projekcje klimatyczne stały się realne, nastąpił ogromny postęp w modelowaniu klimatu.

Powstaje oczywiście pytanie, na ile możemy ufać wynikom modeli klimatu. Przeprowadzono wiele testów ewaluacji modeli, dokonano przeróżnych weryfikacji dla okresów historycznych, porównując wyniki symulacji z wszelkimi dostępnymi obserwacjami. Analizowano również symulacje paleoklimatu. Porównywano modele między sobą, określając jak duże są rozbieżności między wynikami. Oceny są bardzo optymistyczne, wskazują na wzrastające zaufanie do ilościowych oszacowań na podstawie projekcji klimatycznych, szczególnie w przypadku większych skal. Niektóre zmienne są modelowane bardziej wiarygodnie (np. temperatura), niektóre gorzej (np. opad). Oczywiście zawsze trzeba być świadomym, że modele stanowią jedynie pewne przybliżenia świata realnego, jakkolwiek najlepsze, i należy podchodzić ostrożnie do interpretacji wyników.